IEEE 1394串行总线接口标准

时间:2022-10-26 16:36  

 

串行总线接口标准,也称火线

 

IEEE 1394是用于高速通信和同步实时数据传输的串行总线接口标准。它是在20世纪80年代末和90年代初由苹果公司与一些公司合作开发的,主要是索尼和松下。苹果称其界面为FireWire。它的品牌名称还有i.link(索尼)和Lynx(德州仪器)。

最常用的铜线长度可达4.5米(15英尺)。电源和数据通过该电缆传输,允许具有中等功率要求的设备在没有单独电源的情况下运行。FireWire也可用于Cat 5和光纤版本。

1394接口堪比USB。USB随后被开发并获得了更大的市场份额。USB需要一个主控制器,而IEEE 1394是由连接的设备协同管理的。

历史和发展

FireWire是苹果公司对IEEE 1394高速串行总线的称呼。其发展是1986年由苹果,由IEEE P1394工作组开发的,主要受到来自索尼(102项专利),苹果(58专利),和松下专利(46),除了贡献来自飞利浦的工程师们,LG电子,东芝、日立、佳能、INMOS / SGS汤森(意法半导体),和德州仪器。

IEEE 1394是一个用于高速数据传输的串行总线体系结构。火线是一种串行总线,这意味着信息一次传输一位。并行总线利用许多不同的物理连接,因此通常更昂贵,通常更重。IEEE 1394完全支持同步和异步应用程序。

苹果公司希望火线成为并行SCSI总线的串行替代品,同时为数字音频和视频设备提供连接。苹果的开发开始于20世纪80年代末,后来提交给IEEE,并于1995年1月完成。2007年,IEEE 1394由四个文档组成:IEEE 1394 - 1995标准、IEEE 1394a-2000修正案、IEEE 1394b-2002修正案和IEEE 1394c-2006修正案。在2008年6月12日,所有这些修正以及勘误表和一些技术更新被纳入一个替代标准,IEEE标准1394-2008。

苹果公司最早在1999年推出的一些麦金塔电脑中安装了火线接口(尽管自1997年以来,一些型号的麦金塔电脑一直是按订单生产的),2000年至2011年生产的大多数麦金塔电脑都安装了火线接口。然而,2011年2月,苹果推出了首款商用电脑Thunderbolt。2012年,苹果发布了带有火线的最后一代电脑。到2014年,Thunderbolt已经成为苹果整个电脑系列的标准功能(2015年推出的12英寸MacBook除外,它只有一个USB-C接口),实际上成为了苹果生态系统中火线的精神继承者。苹果的最后一款产品FireWire、Thunderbolt Display和2012年推出的13英寸MacBook Pro都已于2016年停产。苹果仍然向火线适配器出售Thunderbolt,它提供一个火线800端口。与Thunderbolt 3一起使用它需要一个单独的适配器。

索尼的i.link系统采用了一个只有4根信号导体的较小连接器,省去了为设备提供电力的两根导体,而采用了一个单独的电源连接器。这种风格后来被添加到1394a修正案中。该端口有时标记为S100或S400,以表示速度(Mbit/s)。

该系统通常用于连接数据存储设备和DV(数字视频)摄像机,但也流行于机器视觉和专业音频系统的工业系统。许多用户更喜欢它,而不是更常见的USB 2.0,因为它更有效的速度和功率分配能力。基准测试显示,火线的持续数据传输速率高于USB 2.0,但低于USB 3.0。在苹果的Mac OS X操作系统上,结果会被标记出来,而在微软的Windows操作系统上,结果会更加不同。

专利方面的考虑

据称,IEEE 1394的实施需要使用10家公司所拥有的261项国际专利。使用这些专利需要许可;未经许可使用通常构成专利侵权。拥有IEEE 1394知识产权的公司组成了一个专利池,MPEG LA, LLC作为许可管理员,他们向其授权专利。MPEG LA将这些专利再授权给实现IEEE 1394的设备提供商。在典型的专利池许可证下,制造商在每生产1394个成品时,需支付每件0.25美元的专利使用费;用户无需支付版税。

索尼公司的最后一项专利MY 120654已于2020年11月30日到期。截止到2020年11月30日,以下是IEEE 1394标准的专利持有人,列在MPEG LA管理的专利池中。

个人或公司可以根据MPEG LA的要求审查实际的1394专利组合许可证。MPEG LA不向被许可方提供其专利以外的保护保证。目前已知至少有一项之前被授权的专利已经从池中移除,其他硬件专利也参考了IEEE 1394。

1394高性能串行总线贸易协会(“1394 TA”)的成立是为了帮助IEEE 1394的市场营销。它的章程禁止处理知识产权问题。1394贸易协会以个人为单位,以会员制为基础,进一步提高了1394标准。贸易协会也是所有1394个文件和标准的图书馆来源。

技术规格

FireWire可以以树状或菊花链状拓扑(与Parallel SCSI的电子总线拓扑相反)连接多达63个外设。它允许点对点设备通信——比如扫描仪和打印机之间的通信——无需使用系统内存或CPU。火线还支持每总线多主机。它的设计支持即插即用和热插拔。它最常用的实现中使用的铜电缆最长可达4.5米(15英尺),比大多数并行SCSI电缆更灵活。在它的六导体或九导体变体中,它可以在30伏特的电压下为每个端口提供45瓦的功率,允许中等消耗的设备在没有单独电源的情况下运行。

火线设备采用ISO/IEC 13213“配置ROM”模型进行设备配置和识别,提供即插即用能力。所有的火线设备都由IEEE EUI-64唯一标识符来标识,除此之外,还有一些众所周知的代码来指示设备的类型和它所支持的协议。

火线设备在总线上以树状拓扑组织。每个设备都有一个唯一的自我标识。其中一个节点被选为根节点,并且总是具有最高的ID。self-ID是在self-ID过程中分配的,该过程发生在每个总线重置之后。分配self- id的顺序相当于先深度,后顺序遍历树。

由于多个设备与总线交互的方式以及总线为设备分配带宽的方式,火线能够安全运行关键系统。火线能够同时使用异步和同步传输方法。同步数据传输是为需要连续的、有保证的带宽的设备进行的传输。例如,在飞机上,同步设备包括方向舵控制、鼠标操作和来自飞机外部压力传感器的数据。所有这些元素都需要恒定的、不间断的带宽。为了支持这两个元素,FireWire将一定比例的数据用于同步数据,其余部分用于异步数据。在IEEE 1394中,总线的80%预留给同步周期,异步数据只保留总线的至少20%。

编码方案

火线使用数据/频闪灯编码(D/S编码)。在D/S编码中,采用两个非归零(NRZ)信号进行数据的高可靠性传输。发送的NRZ信号与时钟信号通过异或门馈入,形成频闪信号。然后将这个频闪器与数据信号一起通过另一个异或门来重建时钟。这反过来又充当总线的锁相环以实现同步。

仲裁

总线决定哪个节点在什么时间传输数据的过程称为仲裁。每轮仲裁大约持续125微秒。在这一轮中,根节点(距离处理器最近的设备)发送一个循环启动包。所有需要数据传输的节点都会响应,最近的节点获胜。节点完成后,其余节点依次执行。这个过程一直重复,直到所有设备都使用了125微秒的那一部分,同步传输具有优先级。

 

 

 
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